„Solche winzigen Mikromagnete kommen sogar in der belebten Natur vor“, so Prof. Dr. Hartmut Löwen vom Institut für Theoretische Physik II der HHU und einer der Autoren der Studie. Und zwar in so genannten magnetotaktischen Bakterien wie Magnetospirillum gryphiswaldense oder Magnetospirillum magnetotacticum. Diese Bakterien besitzen spezielle magnetische Zellorganellen („Magnetosome“), mit deren Hilfe sie sich an Magnetfeldern wie dem der Erde orientieren.

Die Physiker haben winzige, kugelförmige magnetische Eisenspäne am Computer modelliert. Diese Späne besitzen einen Selbstantrieb, so dass sie aktiv in einer Flüssigkeit schwimmen können. Somit kommt es zu einem Wettstreit  zwischen der Schwimmbewegung und der gegenseitigen magnetischen Anziehung.

In den Computersimulationen beobachten die Forscher zum einen, dass sich die Teilchen aufgrund ihrer magnetischen Anziehung zu Clustern zusammenlagern. Kugelförmige Späne bilden Ketten oder Ringe. Wenn sich solche Cluster miteinander verbinden, beobachtet man komplexe Bewegungsmuster, sie führen quasi einen Unterwassertanz auf. Einen solchen watschelnden Tanz von zehn solcher Cluster kann hier betrachtet werden.

„Unsere Ergebnisse zeigen, wie man das Schwimmverhalten von Mikromagneten steuern kann“, so Prof. Dr. Hartmut Löwen. Auch im Hinblick auf die winzigen Lebewesen bringen sie neue Erkenntnisse: „Wir bekommen so Anhaltspunkte zum Verhalten und Orientierungsvermögen der magnetotaktischen Bakterien“.

Originalpublikation

Francisca Guzmán-Lastra, Andreas Kaiser & Hartmut Löwen, Fission and fusion scenarios for magnetic microswimmer clusters, Nature Communications, 7:13519, 22. November 2016

Online: DOI: 10.1038/ncomms13519